一种系统级多维振动试验技术

与传统一维振动试验相比,多维振动试验能更加真实地模拟实际振动环境,有利于暴露潜在缺陷。研究了一种采用4个振动台、分别从水平和垂直方向施加激励的系统级多维振动试验技术,并阐述了该试验系统的总体设计、机械解耦技术、多维振动控制技术和夹具设计技术。通过运用三维建模、动力学分析和优化设计等手段,自主研制了系统样机并开发了振动控制软件,在国内首次实现了4台电磁振动台两轴向的同时激励。对关键技术的验证试验表明,采用的各项技术满足试验需要,各项指标满足设计要求。     

液体火箭发动机三轴向虚拟振动试验技术研究

振动试验是液体火箭发动机结构可靠性评估和力学环境适应性验证的重要内容。相比单轴振动试验,三轴向振动试验能够更加真实地模拟产品的实际受力状态。开展三轴向虚拟振动试验研究,对于预示发动机动态响应,指导结构设计优化,以及研究修改单轴向振动试验输入谱以适用于三轴向振动试验都具有重要的研究价值。针对液体火箭发动机的振动问题,利用三轴向振动台的控制方法和有限元仿真技术,逆向构建了某三轴向振动台的虚拟振动试验系统。基于Patran有限元平台将某型号产品和振动台模型进行联合仿真动力学建模,以发动机正弦振动和随机振动试验条件作为动力学响应分析的载荷边界,利用Nastran进行三轴向振动问题求解。通过与实际的振动试验结果的对比和修正,获得精确的三轴向振动台和产品仿真模型、精确控制方法等,为液体火箭发动机结构振动响应预示、薄弱环节识别提供虚拟试验技术手段。     

基于驱动谱耦合修正的多轴多激励随机振动试验算法研究

针对航天产品目前主流多轴多激励随机振动环境试验的跟踪精度与控制稳定性不佳问题,对基于驱动谱耦合修正优化的算法进行了研究。根据多轴随机试验的振动控制原理与方法,提出用比例均方根迭代修正与系统频响特性更新均衡调控的方式提高试验控制系统驱动谱的跟踪精度,给出了相应的控制策略:根据参考谱中各控制谱的相干系数选择修正方法,相干系数小于0.95时,用更新系统频响矩阵的方法实现对驱动谱的修正;相干系数大于0.95时,用修正参考谱下三角矩阵的方法实现对驱动信号的修正,以此不断减小控制偏差。两点两激励的仿真控制结果表明:各控制点自谱控制效果好,满足工程要求。建立两振动台对细长条试件进行振动试验,结果表明控制响应自功率谱和动态范围均满足工程试验要求。     

基于振动台电枢的界面力监测和力限振动控制试验方法及其工程应用

文章针对大型航天产品对界面力定量化试验的工程应用需求,提出一种基于振动台电压电流的界面力监测方法,建立界面力的获取程序和基于界面力评估的加速度振动控制方法,通过刚性模拟配重试验验证了方法的正确性,并通过两型包带振动试验进一步验证了方法的有效性和实用性。该方法可避免传统振动试验中采用加速度控制存在的过试验问题,为航天器有效载荷精细化设计和试验验证提供参考。     

振动试验夹具边界效应的动力学分析

振动试验夹具的边界效应是影响振动试验模拟精度的主要因素之一。忽略试验件与试验夹具之间的动力学作用,应用振动台的基础激励来模拟实际的振动环境,其结果的有效性依赖于工作状态的振动边界和试验状态的振动边界在多大程度上满足无限大阻抗输入模型假设。文章提出了一种分析夹具边界效应的有效方法,该方法来源于结构动力学分析的子结构方法,将包含夹具在内的试验系统的动力学特性表述为子结构动力学特征参数描述的标准特征值问题,通过特征频率与振型的比较,评价夹具的边界效应。数值模拟展示了分析过程,并验证了该方法的实用性。     

六自由度振动台台体结构优化设计研究

在应用六自由度振动台进行高频振动测试试验时,若台体结构被激发产生共振,则会影响测试结果的准确性。为保证台体的共振频率在工作频带之外,同时使台体重量更轻,文章提出基于二级多点逼近算法的六自由度振动台台体结构优化方法。首先建立台体结构的有限元模型,并根据实际应用工况确定台体连接面法向位移约束的边界条件,以壳、梁单元的截面尺寸和外形半径大小为设计变量,建立以台体结构一阶固有频率和静强度为约束、质量最小为目标的模型。然后,利用二级多点逼近算法对模型进行尺寸优化,并以人机交互的方式实现外形半径的优化,得到满足约束条件的优化解。最后依据优化结果设计与制造出台体结构,并完成台体样机。该台体结构实现了轻量化设计要求并应用于振动试验,验证了该结构优化方法的有效性。     

力限控制缓解“过试验”原理分析与试验验证

一般加速度控制的振动试验中,在产品的共振频率处存在"过试验"现象。文章通过对基础运动激励下试验件的结构响应进行分析,研究"过试验"产生的原因,说明在一阶共振频率处控制振动台作用于试验件的力可以解决过试验问题。并成功地进行了卫星承力筒力限控制振动试验,对力限控制的有效性进行了验证。     

小卫星声-振联合试验耦合响应分析及预估

卫星在主动段承受发动机脉动推力和气动噪声激励复合作用下的振动环境。以整星模型为试验对象,分别开展了卫星的振动台随机振动试验、噪声试验和声-振联合试验。对3组试验结果的对比分析发现,声-振联合试验中,基础激励和噪声激励对不同结构处响应在低频段和中高频段具有不同的影响规律。在此基础上,提出了一种工程应用方法,即用振动台试验和噪声试验的响应极值包络法以及线性叠加法以预示声-振联合试验的响应。     

航天器基础激励SEA建模方法

针对航天器力学环境试验中随机横向基础激励高频预示技术开展了建模方法的研究。首先建立典型结构的有限元模型并开展仿真计算,获取背地板面内振动数据、连接环弯曲振动数据及振动台横向振动数据;进而分别建立背地板受纵向振动约束载荷、连接环受弯曲振动约束载荷的SEA模型,并将有限元计算结果作为激励源数据,利用统计能量分析（SEA）方法开展仿真分析,得到了航天器横向基础激励SEA建模的一般方法和步骤。研究表明:横向基础激励下,可将环境试验中获取的振动台数据以弯曲波的形式施加到连接环上,进行航天器高频响应SEA预示。     

基于STFT的最大预示环境波形重构新方法

振动过程的最大预示环境(MEE)是指在某个关心的结构区域内,通过测量或预示手段获得的以谱形式表示的振动环境数据保守极限。然而,很多振动试验方法,特别是用振动台模拟低频瞬态环境时(低于100 Hz),需要给出试验信号的参考波形。文章结合振动模拟试验及短时傅里叶变换(STFT)时频分析,提出一种振动过程最大预示波形(MEW)的重构新方法。数值仿真结果表明,与传统方法相比,使用新方法重构的MEW误差更小,且试验控制更加灵活、高效,更适合于工程应用。     

细长型飞行器双台随机振动试验虚拟试验技术研究

用虚拟激励法、逆虚拟激励法和模态叠加法,建立了方阵控制下的细长型飞行器双台随机振动试验的虚拟仿真程序。对某细长型飞行器双台随机振动试验的试验值与仿真结果进行了比较,试验结果与计算值能较好吻合,验证了计算方法及仿真程序的正确性。在仿真程序中添加循环比较算法,计算出激振位置与控制测点位置最优的组合方案,使试件各部位的振动加速度响应谱型与参考谱型更接近,实现了试验方案优化。     

宽频角振动地面模拟试验设备的研制

为了解并减小探月着陆系统之敏感器容易受到宽频角振动影响的任务风险,有必要进行宽频角振动地面模拟试验。文章首先提出了宽频角振动的振动转换结构和测量方法,在此基础上完成了试验设备的研制,之后针对探月着陆系统成像敏感器遭遇的角振动环境进行了地面模拟测试。测试结果表明:该试验设备的宽频角振动模拟频率范围为0~2000 Hz,控制精度达到±15%（2σ）,同时还可模拟包括平移和转动在内的着陆系统刚体运动。该设备已用于敏感器在角振动环境下的地面模拟试验验证。     

冲击响应谱控制系统仿真研究

文章用计算机仿真的方法,进行了用电动振动台实现模拟爆炸冲击环境的冲击响应谱控制方法研究,根据冲击试验规范合成时域波形,分量级转化为驱动信号输入到振动台系统,计算系统响应加速度及冲击响应谱,用波形幅值均衡法对冲击响应谱进行修正,实现冲击响应谱控制.     

卫星产品声振组合试验技术研究

文章开展了声振组合试验技术的初步研究,探讨了卫星产品声振组合试验的控制方法,并以面积质量比大的卫星舱板产品为例研究了噪声与随机振动组合试验条件确定方法。结果表明:在进行噪声与正弦振动组合试验时,应先启动振动试验控制,后启动噪声试验控制,且正弦振动控制应采用滤波处理;在进行噪声与随机振动组合试验时,噪声激励与随机振动激励正常启动后,相互之间影响很小,可以按照要求的条件施加激励;对于面积质量比大的卫星产品,在结构上同时施加随机振动载荷和噪声载荷,声振组合试验考核更加合理。     

大型振动台结构设计中的有限元分析与应用

振动台是振动试验系统的主体结构。文章以某大型振动台结构设计为例,探讨了有限元法在振动台结构设计中的应用。工程实践表明,有限元法在大型振动台结构分析设计中,可以解决复杂结构的力学计算问题,有助改进结构设计,提高振动台结构的合理性和可靠性。     

喷嘴式隔板与纵向肋式隔板阻尼效应分析

利用声学模型和单喷嘴声学模拟试验研究了喷嘴式隔板的耗散机理;用数值方法分析了纵向肋式隔板周围的涡流;用声学理论研究了纵向肋式隔板的声场。研究结果表明:选取合适的管间隙将会使喷嘴式隔板具有更好的稳定性作用;肋片周围是涡流产生的主要区域;肋高对燃烧室声学特性的影响远大于肋长。     

力限技术在航天器振动试验中的应用

为了在正弦振动试验中模拟真实的飞行环境,防止因“过试验”而导致航天器结构发生不必要的破坏,需要对试验条件进行下凹控制。在以往的加速度下凹控制方法的基础上,引入力限控制方法可以提高航天器主频处下凹控制的精度和有效性。文章分析了传统加速度下凹控制方法的局限性,并以某结构星力限控制试验为基础,阐述了结构星力限试验条件的制定方法,介绍了力限双控试验平台设计,并分析了试验结果。经分析表明,力限控制具有较高的控制精度,在加速度控制的基础上引入力限控制的“双控”试验方法,能够有效解决航天器振动试验中的“过试验”和“欠试验”问题。     

力限控制方法试验验证技术研究

文章以某型号承力筒纵向振动力限控制试验为例,对力限控制试验平台进行了介绍,包括力限试验夹具及力测量设备(FMD)、力信号采集和处理技术、力传感器校准技术等.对承力筒力限控制试验结果和加速度控制试验结果进行比较,指出力限控制方法对控制精度和试验结果的影响,并探讨了在我国航天器振动试验中应用力限控制方法需要面对的问题及可能的解决办法,为力限试验验证技术的深入开展提供了参考.